[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenkartusche für ein Tintenstrahl-Drucksystem,
mit einer Entnahmeöffnung, die mit einer Membran aus thermoplastischem Elastomer verschlossen
ist, welche bei Einsetzen in das Tintenstrahl-Drucksystem von einer Hohlnadel durchstechbar
ist. Außerdem ist ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Tintenkartusche Gegenstand
der Erfindung.
[0002] Die Tintenversorgung von Tintenstrahldruckern- und plottern erfolgt über eine Hohlnadel
in Form eines rohrförmigen, vorstehenden Dorns, der mit dem tintengefüllten Innenraum
von als Vorratsbehältern dienenden, auswechselbaren Einweg-Tintenkartuschen in Verbindung
gebracht werden kann. Zur Aufnahme dieses Dorns ist in der Tintenkartusche in der
Regel ein Rohrabschnitt, der sogenannte Dom, ausgebildet. Auf dessen nach innen gerichteter
Öffnung ist dieser mit einem feinmaschigen Filtersieb verschlossen. Die äußere Öffnung
ist mit Dichtmitteln zur abgedichteten Aufnahme der vorgenannten Hohlnadel, des Dorns,
versehen. Alternativ kommen hierzu Ringdichtungen mit einer vorgeformten Öffnung zur
Aufnahme der Hohlnadel - wie beispielsweise aus der US-PS 5 790 158 bekannt - zum
Einsatz oder eine zunächst geschlossene, von der Hohlnadel durchstechbare Membran.
Diese Membran besteht aus elastischem Material wie thermoplastischen Elastomeren oder
Gummiwerkstoffen, so daß ein darin eingestochener Dorn in der Einstechöffnung nach
außen abgedichtet ist. Derartige Ausführungen funktionieren nach Art eines Septums,
wie es seit langem auf Probefläschen zur Entnahme von Probenflüssigkeit mittels Injektionsspritzen
gebräuchlich ist, und werden daher synonym als Septum oder Membran bezeichnet.
[0003] Ein Vorteil bei der Verwendung einer derartigen durchstechbaren Membran besteht darin,
daß die Entnahmeöffnung luftdicht verschlossen wird, ohne daß zunächst weitere Verpackungs-
und Sicherungsmaßnahmen erforderlich wären. Zur Gewährleistung einer guten Abdichtung
der Hohlnadel ist eine gewisse Elastizität des Elastomerwerkstoffes unabdingbar. Qualitativ
hochwertige Elastomerwerkstoffe erfüllen diese Ansprüche nicht nur, sondern sie sind
so hochelastisch mit einer maximalen Elastizität (Reißdehnung) von 400 %-800 %, daß
ein sicheres und sauberes Durchstechen der Hohlnadel des Druckers erschwert wird.
Die verfügbare Einstichlänge ist nämlich durch die Länge der Hohlnadel (des Dorns)
und der darauf abgestimmten Länge des Dorns auf wenige Millimeter - beispielsweise
5 mm - begrenzt. Für einen einwandfreien Betrieb muß nun sichergestellt sein, daß
die Membran im Durchstechbereich hinsichtlich der Materialstärke und der Elastizität
des Materials so abgestimmt ist, daß die Nadel auf jeden Fall noch vor dem maximalen
Eintauchen in den Dom die Membran durchsticht, dabei die auf die Membran ausgeübten
Normalkräfte jedoch nicht so groß werden, daß die Membran in den Dom hineingequetscht
wird und unter Umständen die Tintenkartusche unbrauchbar gemacht wird. Dieser Effekt
wird dadurch noch verstärkt, daß die üblicherweise vorhandenen Dorne- bzw. Hohlnadeln
allein schon aus Sicherheitsgründen keine besonders scharfen Spitzen haben. Die Verwendung
der bekannten, hochelastischen Elastomerwerkstoffe ist deswegen häufig problematisch.
[0004] Aus der Lösung der vorangehend erläuterten Problematik ergibt sich die der Erfindung
zugrundeliegende Aufgabenstellung, eine Membran bzw. ein Septum für eine Tintenkartusche
zur Verfügung zu stellen, welches sicher durchstechbar ist, und zwar auch mit einer
relativ stumpfen Nadel bei einem kurzen zur Verfügung stehenden Bewegungsweg. Die
Abdichtung soll dabei gewährleistet sein.
[0005] Zur Lösung dieser Problematik schlägt die Erfindung vor, daß die Membran aus einem
thermoplastischen Elastomer besteht, welches durch hinzugefügte, unelastische, anorganische
Substanzen eine verminderte Reißdehnung hat.
[0006] Die Membran wird erfindungsgemäß nach wie vor aus thermoplastischem Elastomermaterial
im Spritzgießverfahren hergestellt. Die Besonderheit des Materials besteht jedoch
darin, daß die Reißdehnung, das heißt die maximale Elastizität des vormals hochelastischen
Elastomers durch Hinzufügung einer unelastischen anorganischen Substanz gezielt herabgesetzt
ist.
[0007] Durch das erfindungsgemäß zum Elastomer hinzugefügte, inerte, unelastische Material
wird der Vernetzungsgrad des Elastomers verringert, wodurch eine verminderte Reißdehnung
zustandekommt. Durch den relativen Anteil der anorganischen Substanz kann die Reißdehnung
so weit herabgesetzt werden, daß selbst ein stumpfer Dorn des Druckers bei einer kurzen
zur Verfügung stehenden Einstechtiefe die Membran sicher durchdringt.
[0008] Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß sie einen ansonsten bei der Verwendung
von Elastomeren prinzipiell unerwünschten und schädlichen Effekt gezielt für eine
vorteilhafte Funktionalität unter den Randbedingungen des besonderen Anwendungsfalles
ausnutzt. Während üblicherweise die Reißdehnung auf möglichst hohe Werte optimiert
wird, hat sich für die Realisierung einer erfindungsgemäßen Membran für eine Tintenkartusche
ein reduzierter Wert für die Reißdehnung von etwa 100 % als besonders günstig herausgestellt.
[0009] Als unelastische, anorganische Substanz ist die Verwendung von Talkum besonders vorteilhaft.
Alternativ können jedoch auch Kreide, Kieselsäure, Silikate, Karbonate, Oxide und
dergleichen Verwendung finden.
[0010] Es ist grundsätzlich vorteilhaft, wenn die anorganische Substanz partikelförmige
Feststoffe enthält. Damit werden die elastischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen
Werkstoffes nicht nur durch die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Elastomers, sondern
auch durch die Partikelgröße, die Bindungskräfte zwischen Elastomer und den Partikeln
sowie die mechanischen Eigenschaften der hinzugefügten anorganischen Substanz selbst
beeinflußt, so daß die gewünschte Elastizitätsverminderung optimal den jeweiligen
Anforderungen anpaßbar ist. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die Shor-Härte des
ursprünglichen Elastomers weitgehend erhalten bleibt, so daß die Abdichtung der Hohlnadel
weiterhin gewährleistet ist.
[0011] Zweckmäßigerweise hat die Membran einen ringförmigen Teil, der durch einen Durchstechbereich
mit geringerer Materialstärke verschlossen ist. Der ringförmige bzw. hülsenförmige
Teil dient zur Montage in dem rohrförmigen Dom der Tintenkartusche, während der von
dieser ringförmigen Struktur umschlossene Bereich folienartig dünn ausgebildet ist,
so daß er leicht beim Einsetzen vom Dorn durchstochen wird. Die ringförmige Struktur
übt aufgrund ihrer größeren Materialstärke eine genügend große elastische Haltekraft
aus, so daß die Membran sicher in der Öffnung des Dorns fixiert ist und beim Durchdringen
des Dorns nicht verschoben wird.
[0012] Bei der vorgenannten Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, daß der ringförmige
Teil eine vorgeformte Dichtungsstruktur für den Dorn bzw. die Hohlnadel bildet.
[0013] Erste Versuchsergebnisse haben ergeben, daß dem Elastomer etwa zwischen 10 Gewichts-%
und 20 Gewichts-% unelastische anorganische Substanzen hinzugefügt werden sollten.
[0014] Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Membran wird dem thermoplastischen Elastomer-Granulat
vor dem Spritzgießen die unelastische anorganische Substanz beigemengt. Um dabei eine
unerwünschte Entmischung weitgehend zu unterdrücken, ist es vorteilhaft, daß die unelastische
anorganische Substanz in Form eines Batch-Granulats beigemischt wird, welches aus
Elastomer mit einem höheren relativen Anteil der unelastischen anorganischen Substanz,
beispielsweise 50 %-80 % besteht.
[0015] Eine erfindungsgemäße Membran ist im Schnitt in Figur 1 gezeigt und darin als Ganzes
mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Sie besteht aus einem ring- bzw. hülsenförmigen
Teil 2, welches einstückig mit einem folienartig dünnen Durchstechbereich 3 ausgebildet
ist.
[0016] Die Membran 1 ist in der Zeichnung von unten axial in das äußere Ende eines rohrförmigen
Doms 4 einer ansonsten nicht weiter dargestellten Tintenkartusche eingesetzt dargestellt.
Die am äußeren Umfang der Membran 1 angeformten Formschlußelemente 5 sorgen dabei
für einen sicheren axialen Halt, so daß die Membran 1 beim Einstechen eines Dorns
nicht versehentlich in den Dom hineingepreßt wird.
[0017] Durch die erfindungsgemäß verminderte Elastizität der Membran 1 ist der Durchstechbereich
3 auch von einer relativ stumpfen Hohlnadel sicher in der zur Verfügung stehenden
Einstechtiefe durchstechbar. Die Abdichtung ist wegen der nahezu unverminderten Shore-Härte
zur Abdichtung der Hohlnadel ausreichend.
1. Tintenkartusche für ein Tintenstrahl-Drucksystem, mit einer Entnahmeöffnung, die mit
einer Membran aus thermoplastischem Elastomer verschlossen ist, welche beim Einsetzen
in das Tintenstrahl-Drucksystem von einer Hohlnadel durchstechbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (1) aus einem thermoplastischen Elastomer besteht, welches durch hinzugefügte
unelastische, anorganische Substanzen eine verminderte Reißdehnung hat.
2. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reißdehnung der Membran
(1) etwa 100 % beträgt.
3. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als unelastische, anorganische
Substanz Talkum zugefügt ist.
4. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als unelastische, anorganische
Substanz Kreide zugefügt ist.
5. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als unelastische, anorganische
Substanz Kieselsäure zugefügt ist.
6. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elastomer zwischen
10 Gewichts-% und 20 Gewichts-% unelastische anorganische Substanz zugefügt ist.
7. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Substanz
partikelförmige Feststoffe enthält.
8. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) einen
ringförmigen Teil (2) hat, der durch einen Durchstechbereich (3) mit geringerer Materialstärke
verschlossen ist.
9. Tintenkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) im Ausgang
eines rohrförmigen Doms (4) angebracht ist, der innen mit einem Filtersieb abgedeckt
ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Membran für eine Tintenkartusche - gemäß Anspruch
1 - gekennzeichnet dadurch, daß dem thermoplastischen Elastomer-Granulat vor dem Spritzgießen
die unelastische anorganische Substanz beigemengt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die unelastische anorganische
Substanz in Form eines Batch-Granulats beigemischt wird, welches aus Elastomer mit
einem relativ höheren Anteil der unelastischen anorganischen Substanz besteht.